Coronavirus: Neuropilin-1 könnte Türöffner ins Zellinnere sein

Wie das Virus in die Zellen gelangt

Damit ein Virus in die Zellen von Organen eindringen kann, bedarf es bestimmter Andockstellen auf der Oberfläche der Zellen – sogenannter Rezeptoren. SARS-CoV und SARS-CoV-2 nutzen beide den Rezeptor ACE2, lösen aber unterschiedliche Krankheiten aus. Um zu verstehen, warum die beiden verwandten Viren unterschiedliche Zelltypen infizieren, warfen die Forschenden einen Blick auf sogenannte virale „Spike-Proteine“, mithilfe derer das Virus an die ACE2-Rezeptoren der Zellen bindet und so in sie eindringen kann.

„Das SARS-CoV-2-Spike-Protein unterscheidet sich von seinem älteren Verwandten durch die Einfügung einer Furin-Spaltstelle“, sagt Mikael Simons, Professor für molekulare Neurobiologie an der TUM und Forschungsgruppenleiter am DZNE. Wenn Proteine durch Furin gespalten werden, wird eine spezifische Aminosäuresequenz am gespaltenen Ende freigelegt. Solche furingespaltenen Substrate weisen ein charakteristisches Muster auf, von dem bekannt ist, dass es an Rezeptoren bindet, die in Nervenzellen vorkommen – sogenannte Neuropiline.

Die Laborexperimente des Forschungs-Teams deuten darauf hin, dass Neuroplilin-1 in Begleitung von ACE2 die Infektion mit SARS-CoV-2 fördert. Durch die spezifische Blockierung von Neuropilin-1 mit Antikörpern konnte die Infektion nämlich unterdrückt werden. „Wenn man sich das Enzym ACE2 als Eintrittstür in die Zelle vorstellt, dann könnte Neuropilin-1 ein Faktor sein, der das Virus zur Tür lenkt. ACE2 wird in den meisten Zellen in sehr geringen Mengen exprimiert. Daher ist es für das Virus nicht leicht, Türen zum Eindringen zu finden. Andere Faktoren wie Neuropilin-1 scheinen notwendig zu sein, um dem Virus zu helfen“, erklärt Simons.

Geruchsverlust kann eines der vielfältigen Symptome von Covid-19 sein – und Neuropilin-1 kommt in der Zellschicht der Nasenhöhle vor. „Wir wollten herausfinden, ob Körperzellen, die mit Neuropilin-1 ausgestattet sind, tatsächlich mit SARS-CoV-2 infiziert sind, und stellten fest, dass dies der Fall ist“, sagt Simons. Dazu untersuchte sein Team Gewebeproben von verstorbenen Patientinnen und Patienten.

Versuche am Mausmodell zeigten darüber hinaus, dass Neuropilin-1 den Transport winziger, virusgroßer Partikel von der Nasenschleimhaut zum zentralen Nervensystem ermöglicht. Als diese an Neuropilin-1 bindenden Nanopartikel den Tieren über die Nase verabreicht wurden, erreichten sie innerhalb weniger Stunden Nervenzellen und Kapillargefäße des Gehirns. „Wir konnten feststellen, dass Neuropilin-1 unter den Bedingungen unserer Experimente den Transport ins Gehirn fördert. Wir können jedoch keine Schlussfolgerung ziehen, ob dies auch auf SARS-CoV-2 zutrifft. Sehr wahrscheinlich wird dieser Transportweg bei den meisten Patientinnen und Patienten durch das Immunsystem unterdrückt“, sagt Simons.

„SARS-CoV-2 benötigt den ACE2-Rezeptor, um in Zellen einzudringen, aber andere Faktoren wie Neuropilin-1 sind möglicherweise erforderlich, um dessen Funktion zu unterstützen“, sagt Simons. „Über die molekularen Prozesse, die dabei eine Rolle spielen, können wir derzeit jedoch nur spekulieren. Vermutlich fängt Neuropilin-1 das Virus auf und lenkt es zu ACE2. Zur Klärung dieser Frage sind weitere Untersuchungen notwendig. Es ist derzeit noch zu früh, um darüber zu spekulieren, ob die Blockierung von Neuropilin ein möglicher therapeutischer Ansatz sein könnte.“